Dye-sensitized solar cells by molecular engineering of
phenoxazine - or phenothiazine - based sensitizers
In Etapa 1 (anul 2017) a Proiectului EngDSSC s-au sintetizat, caracterizat si testat in prototipuri DSSC doi cromofori monoancora pe baza de trifenilamina substituita cu fenotiazina sau fenoxazina si un cromofor multiancora pe baza de trifenilamina substituita cu fenoxazina. Structura cromoforilor, cat si a intermediarilor a fost confirmata atat prin spectroscopie 1H- si 13C-RMN, cat si FTIR. Proprietatile optice au fost investigate prin spectroscopie UV-Vis si de fluorescenta care au demonstrat formarea complexului cu transfer de sarcina (CTC) intre donor si acceptor, maximul de absorbtie corespunzator CTC fiind sensibil la solventul folosit. Toti cromoforii au prezentat un solvatofluorocromism negativ, culoarea luminii emise variind de la verde la rosu-orange. In stare solida, emisia fluorescenta este practic stinsa. Compusii au o stabilitate termica inalta, degradarea lor incepand la temperaturi de peste 270°C. Masuratorile de voltametrie ciclica au evidentiat atat capacitatea de a dona electroni a celor trei cromofori (datorita segmentului trifenilamina-fenoxazina sau trifenilamina-fenotiazina), cat si cea de accepta electroni, datorita unitatii acceptoare – acidul cianoacrilic. Pe baza datelor electrochimice s-au calculat nivelele energetice, acestea variind intre 5.08 si 5.17 eV (nivelul HOMO) si 3.23 si 3.29 eV (nivelul LUMO). Energia benzii interzise a celor trei cromofori variaza intre 1.84 si 1.9 eV. Pe baza rezultatelor obtinute s-a evaluat compatibilitatea celor trei cromofori cu semiconductorul de TiO2, ajungandu-se la concluzia ca toti cromoforii sintetizati au o energie HOMO mai negativă decât cuplul redox I¯/I3¯, ceea ce va duce la regenerarea cromoforului oxidat, si o energie LUMO mai pozitivă în raport cu banda de conductie a TiO2, ceea ce va asigura o injecÈ›ie eficientă a electronilor in stare excitata. Indeplinind toate conditiile pentru utilizarea in constructia de prototipuri DSSC, cei trei cromofori mono- si multiancora au fost utilizati in realizarea de celule fotovoltaice. Au fost cumparate materialele necesare realizarii acestora, au fost stabilite solutiile de functionalizare a filmului de TiO2 si s-a stabilit tehnologia de realizare a celulelor. Au fost realizate si caracterizate electric celule de tip DSSC cu toti cei trei cromofori descrisi in raport. Cea mai mare eficienta a fost obtinuta cu cromoforul pe baza de fenotiazina. Prezenta sulfului in acest cromofor conduce la planarizarea cromoforului si/sau la o mai rapida regenerare a acestuia. S-au facut corelatii intre structura si proprietatile cromoforilor si eficienta celulelor realizate cu acestia. Agregarea cromoforilor, interceptia electronilor de catre electrolit si captura electronilor de catre cromofor in stare oxidata au fost identificati ca factori care limiteaza performantele celulelor. Reducerea influentei acestor factori este calea prin care va putea fi crescuta eficienta in etapa a doua a acestui proiect.
O parte din rezultatele obtinute in cadrul Etapei I a fost publicata sub forma unei lucrari stiintifice cotate ISI (FI = 4,54), iar o alta parte a fost diseminata sub forma a 7 prezentari orale la trei manifestari stiintifice. Dintre acestea, 3 au coautori atat membri din echipa Coordonatorului, cat si membri din echipa Partenerului 1 - IMT Bucuresti. O alta lucrare stiintifica care are ca subiect cromoforii fenoxazinic si fenotiazinic monoancora este in curs de redactare.